分叉復用器波長復用型

圖1是基于復用、解復用器和光開關的OADM的典型結構。WDM信號從解復用器(DEMUX)輸入，被分解為單個波長通道，然后由光開關陣列對這些單波長通道進行有選擇的上下路，最后復用器(MUX)把所有波長合并為WDM信號輸出。其中的復用、解復用器可使用普通的薄膜濾波片(TFF)或陣列波導光柵(AWG)制成。這種方案的優(yōu)點是結構簡單、控制方便、器件成熟可靠，但其缺點也很明顯，其交換速度主要依賴光開關的速度，現(xiàn)在缺乏一些高速且性能穩(wěn)定的光開關。目前正在商用或正在研究的光開關有基于MEMS技術的微機械光開關和固態(tài)開光。微機械光開關具有插入損耗低隔離度高的優(yōu)點，是目前研究的熱點;固態(tài)開光包括聲光開關、熱光開關、磁光開關、SOA門開關等。

目前人們已經(jīng)提出很多種基于不同技術的OADM結構，從功能上看OADM分成可重構OADM和非重構OADM。從結構上可分成:(1)基于波長復用型的OADM;(2)基于布拉格光纖光柵(FBG)和環(huán)形器型的OADM;(3)基于FBG和Mach-Zehnder干涉儀的OADM;(4)基于聲光可調濾波器(AOTF)的OADM;(5)基于法布里-珀羅腔的OADM。

隨著各種高速通信業(yè)務的出現(xiàn)和接入用戶數(shù)目的增加，對現(xiàn)有的通信網(wǎng)帶來了不少的壓力，由于WDM (波分復用)以及DWDM (密集波分復用)的出現(xiàn)，緩解了網(wǎng)絡的帶寬問題。傳統(tǒng)的WDM中的分插復用設備(ADM)采用O-E-O的處理方式，對每個通道的信號都要單獨的處理，當WDM的通道數(shù)達到一定程度后，它需要的設備變得非常冗雜且成本也十分昂貴，除此之外，由于電子處理速率的瓶頸，當通道的速率達到一定值后，電處理就變得束手無策了。這就產生了在光域層來管理網(wǎng)絡容量的強烈要求，而全光交換的OADM正適應了這種需求。全光交換無需光電轉換，因此不受電子處理速率瓶頸限制，且可透明傳輸各種接入方式的數(shù)據(jù)，能提高網(wǎng)絡的靈活性和可控性，使其成為現(xiàn)代全光網(wǎng)的一個關鍵的器件。

通常譯作"分插復用器"

圖2給出了由3端口環(huán)形器和FBG組成的OADM的典型結構，F(xiàn)BG能反射特定波長的光，直通其他所有的波長，環(huán)行器用于分離正向輸入的光與反射回來的光。它的工作原理是:WDM光信號從環(huán)形器的1端口輸入，從2端口輸出到FBG中，由于具有濾波的功能，調節(jié)FBG的中心反射波長使它與要下載的光通道波長一致，這樣下路光信號被反射回環(huán)形器的3端口，實現(xiàn)波長的下載;上路光信號從第二個環(huán)形器2端口輸入，直接從3端口輸出，實現(xiàn)了波長的上載。這種結構的OADM缺點是由于光纖光柵的溫度特性和隔離度均不佳，致使它的穩(wěn)定性不是很好，不過這可通過加入反饋控制系統(tǒng)來提高它的穩(wěn)定性;優(yōu)點有結構簡單、容易與其他器件連接、插入損耗小，同時通過用多個光纖光柵串聯(lián)的結構也可以實現(xiàn)多個波長的上下路，加入光開關選擇使用不同的光纖光柵，或者采用可調諧的光纖光柵，就可以實現(xiàn)上下路波長自由選擇。

除了使用3端口的環(huán)行器，現(xiàn)在出現(xiàn)了基于多端口環(huán)行器和FBG的OADM，圖3給出了一個使用9端口環(huán)行器的OADM，它能實現(xiàn)3個波長的上下路，據(jù)報道基于此種結構的OADM具有很低的插入損耗，性價比也很高。

基于mach-Zehnder干涉儀和FBG的OADM

基于布拉格光纖光柵和Mach-Zehnder干涉儀的OADM最早在文獻[1]中被報道，并且被證明在6通道10Gbit/s的試驗[2]中有出色的表現(xiàn)，其結構如圖4所示，這種OADM由Mach-Zehnder干涉儀和與其兩臂連接的兩個FBG構成。輸入光信號被第一個3dB耦合器分裂成兩路，分別進入干涉儀的兩臂，在Mach?Zehnder干涉儀的兩臂上分別安放兩個完全相同的FBG，并使FBG的諧振波長等于要被上路或下路的光通道的波長，光信號經(jīng)過FBG后被放射回來，由于3dB耦合器有90°的相移，輸出的光信號與輸入信號剛好產生了180°的相移，這樣

就實現(xiàn)了該波長信號的下路，同理上路信號由于FBG的反射，兩次通過耦合器，從輸出端口輸出，其他的光通道并不受影響，直接通過該設備[3]。

這種結構的優(yōu)點是偏振不敏感，可根據(jù)波長監(jiān)控通道來自動選擇路由信息的傳遞，可望在下一代光網(wǎng)絡中扮演重要角色，其缺點是:它需要兩個FBG的諧振波長完全一致，M-Z干涉儀的兩個臂完全平衡，而這些理想條件很難達到，這樣就會使部分信號被反射回輸入端口或上路信號的端口。我們可以通過給干涉儀的一個臂施加軸向應變力來改善因FBG諧振波長不一致引起的功率分配不均衡問題，增加相位補償設備改善功率反射回輸入端口等問題[3]。

AOTF是利用空間光學和波導光學等分光原理，由偏振分束片(PBS)和模式選擇單元組成的，圖5所示是它的結構原理圖。WDM信號經(jīng)過第一個偏振分束片后分成TE波和TM波，加在叉指換能器上的射頻信號(頻率范圍一般是170~180MHz)產生的聲表面波周期性地調制光波導折射率，它會引起特定波長光信號的TE?TM或TM?TE之間的相互轉換，轉換后的信號通過第二個偏振分束片后就從光信號中分離出來。只要改變RF信號的數(shù)目和頻率，就可以控制需要上下路波長的數(shù)目和頻率?；贏OTF的OADM有很多優(yōu)點:它的可調諧范圍寬可達到100nm，調諧速度可以達到ns量級，通道隔離度高，可同時實現(xiàn)多路波長信號的選擇，另外由于它沒有移動部件控制非常方便等，不過它同時也存在一些問題，比如串擾較大，對偏振比較敏感，制造長干涉長度的AOTF比較困難等。

隨著通信容量的急劇增長以及各種新業(yè)務的出現(xiàn)，各個地區(qū)的業(yè)務上下路也變得更加頻繁，而OADM是有上下業(yè)務的中間節(jié)點的首選設備。一般在長途干線網(wǎng)中，由于上下載業(yè)務比較固定，波長的分配也是事先規(guī)定好的，固定波長的OADM可以很好地承擔起這個任務，而且，其結構比較簡單，插入損耗和隔離度都比較低，現(xiàn)已廣泛應用在長途干線網(wǎng)。

城域網(wǎng)是一個綜合、開放的信息傳送平臺，能提供各種分組業(yè)務(如即時通信的語言，視頻等業(yè)務)和數(shù)據(jù)業(yè)務(如文件傳輸，流媒體等internet

相關業(yè)務)，具有傳輸容量大、接入方式多、組網(wǎng)技術復雜等特點。城域網(wǎng)體系在功能可以用三層來描述:接入層、匯聚層以及骨干傳輸層(圖7)。其中接入層為用戶提供多種多樣的接入技術如寬、窄帶、移動或固定的接入;匯聚層匯聚那些目的地為非本地的用戶業(yè)務并將它們傳遞至合適的節(jié)點;城域網(wǎng)的骨干傳輸層作為網(wǎng)絡的核心，為業(yè)務匯聚點提供IP、ATM、SDH等業(yè)務的承載、交換通道，與已有網(wǎng)絡的互聯(lián)互通，具有透明性與大容量的特點，采用OADM設備的城域網(wǎng)骨干傳輸層能很好地實現(xiàn)這些功能，其主要優(yōu)點:(1)OADM支持光域上的上下路，能提供透明的業(yè)務傳輸，非常適合城域多業(yè)務和多種接入方式的需求;(2)通信容量大，可以滿足城域網(wǎng)寬帶的要求;(3)網(wǎng)絡可靠性好，基于OADM的環(huán)行網(wǎng)采用的保護方式與SDH相似，有光通道保護和光線路保護兩大類，能在節(jié)點失效甚至光纖斷裂情況下為網(wǎng)絡提供的保護倒換，為網(wǎng)絡業(yè)務提供生存性保證;(4)全光節(jié)點設計，為下一代通信網(wǎng)絡(NGN)提供了必要的物質條件，同時也為現(xiàn)在方興未艾的FTTH提供了可靠的支持，可以說城域網(wǎng)采用OADM設備是通信網(wǎng)絡平滑升級的必經(jīng)之路。

OADM是全光網(wǎng)的關鍵的產品，它無需光電轉換，不受電子瓶頸影響，可透明傳輸數(shù)據(jù)，組網(wǎng)靈活可靠，對OADM的研究和開發(fā)一直是光網(wǎng)絡工作者關注的重點。

目前人們在OADM的結構和性能方面展開了廣泛的研究，YikaiSu等人[4]利用分級的OADM技術，在同樣的帶寬利用率0?4b/s·Hz-1上能支持10，40和160Gb/s的多速率信號，同時在不改變OADM節(jié)點硬件結構就可支持網(wǎng)絡速率的平滑升級，網(wǎng)絡容量可達到1?6Tb/s。文獻[5]報道一種基于EOTF的OADM，它的結構同AOTF類似，但原理是基于電光效應，此外它的波導轉換模塊是在一個安放在Ti擴散面上的LiNbO3調制器，它能達到0.1nm/V的效率，最大的調制范圍可達24nm，調制速度為50ns，通道隔離度優(yōu)于24dB，光纖到光纖插入損耗為5?4dB。文獻[6]提出了一種基于微環(huán)共鳴器的可重構OADM，它是基于垂直連接的熱可調Si3N4-SiO2微環(huán)共鳴器，面積僅0.25mm2，可調范圍4.18nm，3dB帶寬50GHz，它既能允許單用戶業(yè)務也能支持多點傳送業(yè)務，能很好的滿足接入網(wǎng)用戶的上下載業(yè)務的需求。ChristosRiziotis等人[7]提出一種基于全循環(huán)耦合器的OADM，他們在全循環(huán)耦合器的臂上安放FBG，這種結構同基于

MZI的OADM相比有一系列優(yōu)勢，在同樣的衰減下允許的兩臂的不對稱程度比MZI的OADM大很多，與通用的HCC-OADM相比，它具有一致的和幾乎忽略的插損。

FBG目前廣泛應用在OADM上，它的性能對OADM影響非常大，文獻[8]中提出了一種新穎的引用光柵的OADM，在不使OADM結構變復雜和不影響其他參數(shù)的前提下，通過控制反射頻譜尤其是波峰移到通道帶寬之外，以使放射功率保持相當?shù)?，通過對無耦合器的OADM仿真，結果顯示應用這種方案的OADM的輸入端口或上載端口的反射功率從-38~0dB降低到-53dB以下。王建忠等人[9]提出一種多通道FBG，這種光柵能補償多通道的各種色散和空間改變，基于多通道FBG的OADM支持同時多個波長的上下載，能補償直通信號的各種色散，且各種通道的群延遲成線形。

本文摘自《半導體技術》